[发明专利]一种光学读出红外探测器结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统领域，特别是涉及一种光学读出红外探测器结构及其制作方法。

背景技术

光学读出红外探测器的像素结构一般包括：锚、支撑梁(包括双材料梁和隔热梁)和可动微镜。锚站立于衬底之上，可动微镜通过支撑梁与锚相联接，并悬浮于衬底之上。双材料梁一般由两种热膨胀系数相差较大的材料构成，如由金属材料(金或铝或其它金属材料)和介质材料(氧化硅或氮化硅或碳化硅或它们的复合膜)构成；隔热梁由热导系数较小的材料(氧化硅或氮化硅或碳化硅或它们的复合膜)构成；可动微镜部分一般包括可见光反射层(金或铝或其它金属材料)和红外吸收层(氧化硅或氮化硅或碳化硅或它们的复合膜)。

就现已公开发表的光学读出红外探测器研制方案而言，一般基于硅衬底进行器件结构和工艺设计，其制作方法可以分为两类：

一类是采用表面微机械加工技术制作(如图1所示)，以硅为衬底，以氧化硅、磷硅玻璃、多晶硅为牺牲层，一般采用湿法腐蚀释放像素结构(YangZhao,MinyaoMao,RobertoHorowitz,ArunavaMajumdar,etal.OptomechanicalUncooledInfraredImagingSystem:Design,Microfabrication,andPerformance,JournalofMicro-electro-mechanicalSystems,Vol.11,No,2,2002:136-146)。由于不需要去除衬底硅，器件的机械强度好，像素之间没有热串扰；由于牺牲层厚度只有几微米，采用这种方法制作的光学读出红外探测器阵列释放后的像素很容易和硅衬底发生粘连，另外红外辐射需要透过硅衬底才能入射到像素结构中的红外吸收层上，而硅在8-14μm波长范围内的红外透过率大约为50％左右，也就是说这类器件的红外辐射利用率一般在50％左右。

另一类是采用体硅微机械工艺制作(如图2所示)，一般采用深反应离子刻蚀(DRIE)方法去除像素下方的硅衬底释放像素阵列(FengFei,JiaoJiwei,XiongBinandWangYuelin.ANovelAll-LightOpticallyReadableThermalImagingSensorBasedonMEMSTechnology.ThesecondIEEEinternationalconferenceonsensors.Toronto,Canada.October22-24,2003:513-516.)，红外辐射能无遮挡地入射到像素结构中的红外吸收层上，大幅提高了红外辐射的利用率；由于像素结构下的硅衬底被去除，避免了像素和衬底的粘连；但是深反应离子刻蚀过程中高能粒子的轰击会对像素结构带来一定程度的损伤，去除像素下方的硅衬底会造成器件的机械强度下降；另外如果像素下方的硅衬底被全部去除时，像素之间会有严重的热串扰(ZhengyuMiao,QingchuanZhang,DapengChenandetal.UncooledIRimagingusingoptomechanicaldetectors.Ultramicroscopy107(2007):610–616)。

在目前的研制方案中，可见光反射层通常直接沉积在红外吸收层之上，一方面由于双材料效应会导致可动微镜形变，导致器件灵敏度下降；另一方面，可见光反射层面积占整个像素面积的比例较小，像素间无读出信号的空间较大，像素可见光利用率低。

综上所述，就目前所公开的制作方法不能同时满足光学读出红外探测器对器件机械强度、热串扰、像素的无损释放、红外辐射利用率、可动微镜平整度和可见光利用率等方面的要求。针对上述问题，我们提出了一种新的光学读出红外探测器结构及制作方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光学读出红外探测器结构及其制作方法，用于解决现有技术中所公开的制作方法不能同时满足光学读出红外探测器对器件机械强度、热串扰、像素的无损释放、红外辐射利用率、可动微镜平整度和可见光利用率等方面的要求的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光学读出红外探测器结构，所述探测器结构至少包括：玻璃衬底和通过第二锚悬空于所述玻璃衬底上的悬浮结构；

所述悬浮结构包括可见光反射层、红外吸收层以及支撑梁；所述可见光反射层悬空于所述玻璃衬底上，所述红外吸收层通过第一锚悬空于所述可见光反射层上，所述支撑梁悬空于所述可见光反射层上，并且所述支撑梁的一端与同一平面内的所述红外吸收层相连、另一端通过第二锚固定于所述玻璃衬底上。